Transistor Bipolar BJT

Instituto Tecnológico de Los Mochis. Carrera:

INGENIERÍA MECATRÓNICA TRABAJO

TRANSISTOR BIPOLAR (BJT) Asignatura:

ELECTRÓNICA ANALÓGICA Facilitador:

ING. HUGO CASTILLO MEZA Grupo:

M-51 Estudiante:

VÍCTOR DE JESÚS BERNAL SANDOVAL UNIDAD 3.

TRANSISTOR BIPOLAR (BJT) Y DE EFECTO DE CAMPO (FET) 29 DE SEPTIEMBRE DEL 2014

ELECTRÓNICA ANALÓGICA Ing. Hugo Castillo Meza Alumno: Bernal Sandoval Victor de Jesús N° de Control: 12440123

3.1 Transistor bipolar (BJT) El transistor bipolar fue inventado en Diciembre de 1947 en el Bell Telephone Laboratories por John Bardeen y Walter Brattain bajo la dirección de William Shockley. La versión de juntura, inventada por Shockley en 1948, fue durante tres décadas el dispositivo favorito en diseño de circuitos discretos e integrados. Hoy en día, el uso de TBJ ha declinado en favor de la tecnología CMOS para el diseño de circuitos digitales integrados. La estructura básica de un transistor de unión bipolar BJT (Bipolar Junction Transistor) determina sus características de operación. Es decir las forma en que se utilizan los materiales semiconductores para formar un BJT.

3.1.1 Construcción interna y polarización El BJT (transistor de unión bipolar) se construye con tres regiones semiconductoras separadas por dos uniones pn, como lo muestra la estructura plana epitaxial. Las tres regiones se llaman emisor, base y colector. Existen dos tipos de representaciones físicas de tipos de BJT. Un tipo se compone de dos regiones n separadas por una región p (npn) y el otro tipo consta de dos regiones p separadas por una región n (pnp). El término bipolar se refiere al uso tanto de huecos como de electrones como portadores de corriente en la estructura de transistor. Con la polarización, las terminales se identificaron por medio de las letras mayúsculas E para emisor, C para colector y B para base. La conveniencia de esta notación se pondrá de manifiesto cuando analicemos la operación básica del transistor. La abreviatura BJT (bipolar junction transistor) se suele aplicar a este dispositivo de tres terminales. El término bipolar refleja el hecho de que huecos y electrones participan en el proceso de inyección hacia el material opuestamente polarizado. Si se emplea sólo un portador (electrón o hueco), se considera que es un dispositivo unipolar. El diodo Schottky pertenece a esa clase. Corrientes del transistor Las correspondientes a un transistor pnp se muestran la flecha en el emisor en el interior de los símbolos de transistor apunta en la dirección de la corriente convencional. Estos diagramas muestran que la corriente de emisor (IE) es la suma de la corriente de colector (IC) y la corriente de base (IB) IE = IC + IB La corriente IB es muy pequeña comparada con IE o IC. El subíndice de letra mayúscula indica valores de cd.

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La ganancia de corriente de cd de un transistor es el cociente de la corriente de cd del colector (IC) entre la corriente de cd de la base (IB) y se expresa como beta de cd (βCD).

El cociente de la corriente de cd del colector (IC) entre la corriente de cd del emisor (IE) es el alfa de cd (αCD). La alfa es un parámetro menos utilizado que la beta en circuitos con transistores.

3.1.2 Configuraciones 3.1.2.1 Base común La terminología en base común se deriva del hecho de que la base es común tanto para la entrada como para la salida de la configuración. Además, la base por lo general es la terminal más cercana a, o en, un potencial de tierra. Las direcciones de la corriente se referirán a un flujo convencional (de huecos) y no a uno de electrones. Esta opción se basó principalmente en el hecho de que la mayor parte de la literatura disponible en instituciones educativas e industriales emplea el flujo convencional, y las flechas en todos los símbolos electrónicos tienen una dirección definida de acuerdo con esta convención. Para el transistor: La flecha en el símbolo gráfico define la dirección de la corriente del emisor (flujo convencional) a través del dispositivo.

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Todas las direcciones de la corriente son las direcciones reales como las define el flujo convencional. Observe en cada caso que IE = IC + ID, y también que la polarización aplicada (fuentes de voltaje) es tal como para establecer corriente en la dirección indicada en cada rama. Es decir, compare la dirección de IE con la polaridad de VEE con cada configuración y la dirección de IC con la polaridad de VCC. Para describir plenamente el comportamiento de un dispositivo de tres terminales como el de los amplificadores en base común, se requieren dos conjuntos de características, uno para los parámetros de entrada (punto de manejo) y el otro para el lado de salida. El conjunto de entrada para el amplificador en base común relaciona una corriente de entrada (IE) con un voltaje de entrada (VBE) para varios niveles de voltaje de salida (VCB). El conjunto de salida relaciona una corriente de entrada (IC) con un voltaje de salida (VCB) para varios niveles de corriente de entrada (IE). La salida o conjunto de características del colector ofrece tres regiones básicas de interés, las regiones activa, de corte y saturación. La primera es la región que normalmente se emplea para amplificadores lineales (sin distorsión). En particular: En la región activa la unión base-emisor se polariza en directa, en tanto que la unión colectorbase se polariza en inversa. Observe que a medida que la corriente en el emisor se incrementa por encima de cero, la corriente del colector aumenta a una magnitud igual en esencia a la de la corriente del emisor, como lo determinan las relaciones de corriente básicas para el transistor. Observe también el efecto casi insignificante de VCB en la corriente a través del colector para la región activa. Las curvas indican con claridad que una primera aproximación a la relación de IE e IC en la región activa está dada por Como su nombre lo dice, la región de corte se define como aquella donde la corriente en el colector es de 0 A. Además: En la región de corte las uniones base-emisor y colector-base de un transistor se polarizan en inversa. La región de saturación se define como aquella región de las características a la izquierda de

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VCB = 0. La escala horizontal en esta región se amplió para mostrar con claridad el cambio dramático de las características en esta región. Observe el incremento exponencial de la corriente del colector al incrementarse el voltaje VCB hacia 0 V. En la región de saturación las uniones base-emisor y colector-base se polarizan en directa. Las características de entrada de la figura 3.7 revelan que para valores fijos de voltaje en el colector (VCB), a medida que se incrementa el voltaje base a emisor, la corriente del emisor se incrementa en una forma muy parecida a las características del diodo. De hecho, los niveles cada vez mayores de VCB tienen un efecto tan pequeño en las características, que como una primera aproximación el cambio producido por los cambios de VCB puede ser ignorado y entonces trazar las características. Si aplicamos el método lineal por segmentos resultan las características. Si damos un paso más adelante e ignoramos la pendiente de la curva y, por consiguiente, la resistencia asociada con la unión polarizada en directa. Una vez que un transistor se “enciende”, supondremos que el voltaje base-emisor será el siguiente:

En otras palabras, el efecto de las variaciones producidas por VCB y la pendiente de las características de entrada se omitirán cuando analicemos redes con transistores para obtener una respuesta real sin que nos involucremos demasiado con variaciones de parámetros de menor importancia. Polarización La polarización apropiada de la configuración de base común en la región activa se determina de inmediato con la aproximación y suponiendo por el momento que

ACCIÓN AMPLIFICADORA DEL TRANSISTOR

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3.1.2.2 Emisor común La configuración de transistor que más frecuentemente para los transistores pnp y npn. Se llama configuración en emisor común porque el emisor es común o sirve de referencia para las terminales de entrada y salida (en este caso es común para las terminales base y colector). De nueva cuenta se requieren dos conjuntos de características para describir plenamente el comportamiento de la configuración en emisor común: uno para el circuito de entrada o de baseemisor y uno para el circuito de salida o de colector-emisor.

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Las corrientes de emisor, colector y base se muestran en su dirección convencional real. Aun cuando la configuración del transistor cambió, las relaciones de corriente previamente desarrolladas para la configuración en base común siguen siendo válidas. IE = IC + IB e IC = αIE En la región activa de un amplificador en emisor común, la unión base-emisor se polariza en directa en tanto que la unión colector-base está en inversa.

Para propósitos de amplificación lineal (distorsión mínima), IC = ICEO define el corte para la configuración en emisor común.

Polarización La polarización correcta de un amplificador en emisor común se determina de manera parecida a la de la configuración en base común. Supongamos que tenemos un transistor npn al que debemos aplicar la polarización correcta para situar al dispositivo en la región activa.

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3.1.2.3 Colector común. La tercera y última configuración del transistor es la configuración en colector común, con las direcciones de la corriente y notación de voltaje correctas. La configuración en colector común se utiliza sobre todo para igualar impedancias, puesto que tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, lo contrario de las configuraciones en base común y en emisor común. Una configuración de circuito en colector con el resistor de carga conectado desde el emisor a tierra. Observe que el colector está unido a tierra aun cuando el transistor esté conectado del mismo modo que en la configuración en emisor común. Desde un punto de vista de diseño, no se requiere un conjunto de características en colector común para seleccionar los parámetros del circuito. Se puede diseñar utilizando las características en emisor común. En la práctica, las características de salida de la configuración en colector común son las mismas de la configuración en emisor común. Para la configuración en colector común las características de salida son una gráfica de IE contra VCE con un rango de valores de IB. La corriente de entrada es, por consiguiente, la misma tanto con las características en emisor común como en colector común. Por último, ocurre un cambio casi imperceptible en la escala vertical de IC de las características en emisor común si IC se reemplaza con IE para las características en colector común (puesto que ). Para el circuito de entrada de la configuración en colector común bastan las características básicas en emisor común para obtener la información requerida.

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Transistor Bipolar BJT

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